工控机床数控铣床机器人的硬件系统研究

　　数控铣床凭借其功能多样化、精度稳定和性能卓越等优点，得到市场的广泛认同。在目前的时代背景和加工环境下，数控铣床工厂面临提升效率的巨大压力，发展数控铣床机器人则是解决这一难题的最好方法——利用自动化来实现高效率、短时间和低成本的加工生产。

1 数控铣床机器人硬件系统完善的必要性

　　1.1 有利于工控机床数控铣床的稳定性

　　对于数控铣床而言，其在生产运作过程中所涉及到的立柱、床身等基础性的构建均为坚固且质量较大的构建，并非完全由焊接组成。在数控铣床机器人硬件系统完善后，可以提高其性能和耐用性，避免用一段时间就需要修理的情况。但需要注意的是，由于受原有数控铣床硬件系统的限制，在系统优化方面不宜做过多的改造。

　　1.2 有利于投资额的缩减

　　在数控铣床损坏后，相对于换一台新的数控铣床而言，对数控铣床机器人进行数控改造费用占换新费用的 70%左右，尤其对特殊性较高的数控铣床或大型数控铣床，这种投资额的节省效果将更为明显，只会用到换新费用的 30%左右。但也存在一些特殊情况，例如托盘自动交换或是高速主轴，其安装和制造的经费较多，通常会将成本提升到 2.5 倍左右，相对于换新而言，数控铣床机器人硬件系统的完善也能够节省约 50%的费用。

2 数控铣床硬件系统工作原理

　　工控机床数控铣床的工作原理是在加工零件前，应注意了解被加工零件要求的工艺参数，并制订好详细的加工方案；同时按照工艺规程将数控铣床机器人的数控系统加以编辑，使其程序适应于加工要求。换言之，被加工零件的工艺要求应被数据化，以便于程度的改动和读写，方便操作人员按照相应要求对数控铣床机器人实施格式编写和代码录入，将程序编辑得适合加工要求，同时让数控系统能够更好地了解和翻译程序。再通过恰当方式将程度输入，继而可开启加工程序。在运行数控程序的过程中，数控装置会按照加工程序内容将指令发送出去，比如主轴电机的启动过程，首先应将冷却液打开，再计算刀具轨迹相关数据，同时利用对特殊执行单位的数字脉冲发送来控制器运行速度。在没有特殊情况的背景下，程序能够一直运行至结束，达到对零部件的一次性加工的目的。具体而言，这个步骤可分为6 个阶段：①在切削参数、辅助动作顺序、刀具运动轨迹和被加工零件的工艺过程中，用到的被加工零件的技术、材料、尺寸和形状等参数，需要按要求合理设定；②对零件加工程序单进行程序格式和代码的编写；③按照设定好的程序代码进行编辑控制；④在数控装置中输入加工程序；⑤在启动工控机床数控铣床机器人后，数控装置按照原先输入的信息实施一系列控制处理和运算，将运算结果发送至数控铣床机器人的伺服系统（以脉冲形式）；⑥通过伺服系统对数控铣床机器人运动部件实施驱动，让数控铣床机器人按照原本设定的程度运动，以达到加工零件的效果。
 

3 硬件系统的介绍和选择

　　3.1 硬件系统的介绍

　　硬件系统的种类主要有闭环数控系统、开环数控系统和半闭环数控系统等。

　　3.1.1 闭环数控系统

　　闭环数控系统主要是指直流电机拖动或异步电机拖动，光栅测量反馈的系统。

　　3.1.2 开环数控系统

　　开环数控系统能够满足绝大多数数控铣床的运作要求，且系统研究费用相对较低。对于这类系统而言，其伺服驱动装置主要在于电液脉冲马达、功率步进电机和普通步进电机等。在操作方面，首先数控系统会发出进给指令脉冲，脉冲在经过功率放大和驱动电路控制之后，能够让步进电机开始运转，利用滚珠丝和齿轮副将相关部件驱动执行。在这一硬件系统中，只要能够对脉冲的通电顺序、频率和数量进行控制，便能够实现对执行部件的运动方向、速度和位移量的控制。

　　由于此类系统无需将系统自动测量得到的速度和实际位置反馈至输入端，因此将其称为开环系统。在位移精度方面，这一系统主要取决于步进电机的齿轮丝角位移精度等这类传动元件的节距精度，因此该系统位移精度相对较低，这也是其劣势之一。但开环系统在调试方面较为简便，成本低且工作可靠程度高，在改装方面更为便捷。

　　3.1.3 半闭环数控系统

　　半闭环系统特点在于采用的是直流和交流两者双重具备的伺服电机拖动，并由编码器反馈的系统。目前，使用这类系统的生产厂家较多，国内外均有著名生产厂家使用，例如国内沈阳的高档国家数控工程研究中心和研究经济实用型的仁和公司等，国外的 FANUC 公司和 SIEMENS 公司等。

　　3.2 硬件系统的选择

　　在硬件系统的选择上，工控机床数控铣床的选择应根据自身实力和数控铣床在今后操作上需要具备的功能来决定，同时还应考虑到数控铣床操作时需要达到的精准度、用户在使用时的实际需求和驱动电机功率等方面的问题。总之，不同的硬件系统优势不同，在硬件系统研究中应根据实际需求和能力选用合适的数控系统，保证硬件系统操作的有效性。

4 结束语

　　随着现代化加工工艺的不断发展和完善，工控机床数控铣床机器人已经被广泛投入使用，并取得了不错的成绩。在激烈的市场竞争下，唯有将生产加工与科学技术结合起来，才能够实现劳动力的节省和工艺技术的提升，从而提升工厂的生产效率，增强自身竞争力。